CC BY
28
B.B. Бордунов, C.B. Бордунов, И.A. Соболев, О.JI. Васильева, A.C. Ситников, В.А. Ситников..
Рис. 1. Зависимость степени очистки воды от железа на ПП волокне: 1 - без обработки гидроксидом железа; 2-е предварительной обработкой
порозность фильтра выше, в растворе содержится больше растворенного кислорода, поэтому после пропускания через фильтр небольшого объема раствора, содержащего железо, процесс
осаждения гидроксида железа на волокне охватывает слой фильтра 3-4 см, что видно по цветовой окраске этой части фильтра. В этот период очистка неэффективна, остаточная концентрация железа в фильтрате много выше пороговой по ГОСТ 0,3 мг/л. Этот период можно условно назвать тренировкой фильтра. Однако начиная с шестой промывки фильтра концентрация резко снижается, а с седьмой становится существенно ниже пороговой по ГОСТ концентрации. Это вполне согласуется с [2], так как скорость автокаталитической реакции окисления железа резко возрастает при контакте с ранее выпавшим гидроксидом железа. Результаты экспериментов сведены в табл. 1 и 2.
Как видно из данных таблиц и рис. 1, экстремальный вид зависимости изменения Концентрации железа при пропускании первых 10-20 колоночных объемов исходного раствора объясняется, по-видимому, ионообменной сорбцией ионов железа на карбоксильных функциональных группах, образующихся в процессе высокотемпературного процесса получения волокна.
Литература
1. Патент ¡РФ) № 2117719. Способ получения волокнистого материала из термопластов и установка для его осуществления. МКИ D 01 D 5/08, D 04 Н 3/16, опубл. в Б.И. № 23, 1998.
2. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод: Учеб. для вузов. М„ 1987.
УДК 504.06(1.9)
В.В. Бордунов*, C.B. Бордунов* И.А. Соболев*, О.Л. Васильева**, A.C. Ситников**, В.А. Ситников**
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ОЧИСТКИ ВОД ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
'Институт химии нефти СО РАН, г. Томск "Томский государственный педагогический университет
Волокнистые материалы, полученные на основе разработанной в Томске технологии переработки утиля и отходов термопластов, являются перспективными сорбентами для нефтепродуктов, и нами был поставлен цикл экспериментов для оценки областей применения в технике, коммунальном хозяйстве и для решения проблем ликвидации аварийных проливов нефти в природную среду.
1. Сбор нефти и нефтепродуктов с поверхности воды волокнистыми материалами.
Поглотительную способность образцов волокон по нефти и нефтепродуктам применительно к сбору их с поверхности воды в условиях многократного использования материала в цикле сорбция-регенерация определяли по следующей методике.
Предварительно взвешенный образец волокна помещали на поверхность воды со слоем нефтепродуктов толщиной 3-6 мм. Для испытаний использовали сборную легкую западносибирскую нефть плотностью 863,2 кг/м3 при 20-21 °С, индустриальное масло И-20 А плотностью 812,7 кг/м3 при 20 °С и дизельное топливо 3-02 плотностью 832 кг/м3 при 20 °С.
Полноту насыщения сорбирующего материала нефтепродуктами контролировали методом взвешивания. Насыщенный нефтепродуктами волокнистый образец регенерировался путем выделения нефтепродуктов в поле центробежных сил на лабораторной центрифуге при факторе разделения 100±3. Установлено, что волокнистые нетканые материалы обладают высокой поглотительной способностью по отношению к
Вестник ТГПУ. 2000. Выпуск 9 (25). Серия: ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
Характеристика фильтров на основе волокон из полипропилена при 20"С
нефтепродуктам составляющей 6,0-9,31 г/г для нефти; 6,0-13,0 г/г для И-20 А и 3,5-9,95 г/г сорбента для дизельного топлива. Наиболее высокой поглотительной способностью по отношению к сырой нефти обладают волокна изготовленные из полиэтилентерефталата - 19,5 г/г сорбента.
Регенерация волокнистых сорбентов осуществляется центрифугированием при факторах разделения ~ 100 и позволяет удалять из объема сорбента до 96-98 % мае. нефтепродуктов и является вполне эффективным методом продления срока службы сорбентов. Сорбционная емкость снижается не более чем на 20 % после 50 циклов регенерации.
Уровень остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в волокнистых материалах после регенерации методом центрифугирования по нефти составляет ~ 0,25-0,50 г/г сорбента; 0,21-0,45 г/г по индустриальному маслу И-20 А; 0,13-0,21 г/г сорбента по дизельному топливу, что примерно равно поглотительной емкости данных волокнистых материалов для соответствующих нефтепродуктов в режиме фильтрации.
2. Сорбционная очистка воды от эмульгированных и растворенных нефтепродуктов.
При очистке сильнозагрязненных сточных вод от нефти и нефтепродуктов существующими гравитационными и центробежными методами, из воды удаляются частицы нефтепродуктов с размером капель свыше 60 мкм и достигается остаточное содержание нефтепродуктов в воде -1000 мг/л. При последующей фильтрации этой воды через кварцевый песок, шлак, гранулированный бентонит, природные цеолиты, перлит, полимерное волокно «сипрон», обеспечивается
остаточная концентрация нефтепродуктов в очищенной воде 7-20 мг/л.
При пропускании водомасляной эмульсии типа «масло в воде» через слой волокнистого материала микрокапли нефти и нефтепродуктов соприкасаются с элементарным волокном или филаментом волокнистого материала обволакивают их, образуя ундулоиды.
По мере накопления микрокапель масла на филаментах часть их сливается с образованием укрупненных ундулоид, другие образуют сплошные жидкие покрытия, что в итоге приводит к коалесценции капель нефтепродукта водномас-ляной эмульсии, разрушению водномасляной эмульсии и достижению эффекта очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов. Такой механизм очистки реализуется в коалесцирующих фильтрах. Установлено, что эффективность очистки, определяемая отношением концентрации нефтепродуктов в очищенной воде и в исходной эмульсии увеличивается: при уменьшении среднего диаметра волокна; увеличении удельной поверхности волокнистого материала; повышении степени уплотнения («набивки») фильтрующего материала; снижении скорости фильтрации очищаемой эмульсии.
Для определения полной динамической емкости фильтровального волокна в условиях безнапорной фильтрации мы приготавливали эмульсию, полученную диспергированием индустриального масла И-20А в пресной воде с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-2.
Концентрация масла в эмульсии варьировали в пределах 150—4 800 мг/л. Размер капель дисперсной фазы составлял -0.3 3 мкм (белый матовый однородный раствор).
Образцы испытуемых волокнистых материалов определенной массы помещались в фильтровальную колонку с внутренним диаметром 10 мм так, чтобы высота слоя волокна составляла (200±2) мм. Исходную эмульсию подавали сверху, а очищенную воду собирали в мерный сборник и определяли остаточное содержание нефтепродуктов по ОСТ 38.01378-85.
В условиях безнапорной фильтрации эмульсии через слой волокнистых материалов высотой -200 мм с различной плотностью укладки достигнуто разделение эмульсии с начальной концентрацией 2 300-4 800 мг/л до остаточного содержания нефтепродуктов (масло И-20А) в очищенной воде до уровня 1-5 мг/л при плотности укладки -500-540 кг/м3, -0,4-0,5 мг/л при плотности укладки -150-170 кг/м3. По величине сор-бционной емкости -0,52-0,54 г масла И-20А на 1 г сорбента волокнистые материалы превосходят широко применяемые фильтровальные материалы типа сульфоуголь, активированный уголь, значение сорбционной способности кото-
Показатели .Ns об ЭЯ31Ш
1 2 3 4 5 6
Плотность материала, кг/м3 911 903 907 909 904 903
Насыпная плотность в свободной укладке, кг/м' 102-117 167 174 112-127 123- 136 112-117 107- 112
Порозность, % 87,1-88,8 80,7........ 81,5 87,5 87,6 81,7-83,6 87,0
Диам. волокна, мкм 5-20 50-400 1-10 1-15 50-300 250-300
Отношение объема пор к объему тверд, мат-ла 6,75-7,93 4,18-4,40 6,14-7,06 5,67-6,41 4,0-5,14 4,7-5,8
B.B. Бордунов, C.B. Бордунов, Л.Ю. Новоселова, И.А. Соболев, A.C. Ситников, В.А. Ситников...
рого 0,1 г/г сорбента, а по скорости фильтрации - «сипрон»и сульфоуголь.
Рекомендуемая плотность укладки полипропиленовых волокон в безнапорных фильтрах 150-190 кг/м\ что соответствует потере напора в фильтре ~(0,15-0,30)105 Па при высоте слоя фильтрующего материала —0,9—1.3 м и скорости фильтрации не менее 0,1-0,2 м/ч.
На основе описанных в работе волокнистых сорбентов изготавливаются системы оборотного водоснабжения, боновые заграждения для ликвидации розливов нефтепродуктов на поверхности воды, например, после аварий трубопроводов и нефтеналивного оборудования. На рисунке схематически представлена промышлен-но поставляемая установка для оборотного технического водоснабжения, например, для автомобильных моек.
Рис. 1. Принципиальная схема установки оборотного технического водоснабжения: 1 - гидроциклон; 2 - напорный бак; 3 - фильтр из стекловолокна; 4 - фильтры с набивкой волокнистым сорбентом; 5 - линия очищенной воды; 6 - емкость с исходной водой; 7 - насос
УДК 541.183;665.666 В.В. Бордунов*, C.B. Бордунов*, Л.Ю. Новоселова*, И.А. Соболев*, A.C. Ситников**, В.А. Ситников**, О.Л. Васильева**
ИОНООБМЕННЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ТЕРМОПЛАСТОВ
"Институт химии нефти СО РАН, г. Томск "Томский государственный педагогический университет
Наиболее широкое применение волокнистые материалы находят в процессах фильтрации для очистки водных и воздушных сред. По сравнению с промышленными гранулированными сорбентами - волокнистые имеют высокую удельную поверхность (на уровне 10 м2/г) и сорбцию в кинетических условиях, которая в отличие от гранулированных сорбентов не лимитируется стадией диффузии сорбата внутрь зерен сорбента.
Обменная емкость волокнистых сорбентов достаточно высока для промышленного применения и не снижается при многократных циклах регенерации кислотами и щелочами. Кроме того, волокнистые сорбенты обладают более высокими механическими свойствами, не истираются и не измельчаются в процессе работы и характеризуются более продолжительным сроком эксплуатации по сравнению с гранулированными сорбентами.
Синтез формованных гранулированных сорбентов является сложным и многостадийным процессом, а исходные продукты для синтеза, например, ионита КУ-2-8 - сополимер стирола с дивинилбензолом имеют высокую стоимость, что обеспечивает высокую цену промышленных зернистых и гранулированных сорбентов.
Волокнистые сорбенты на основе отходов полипропилена, получаемые по технологии ИХН
СО РАН, содержат в своем составе функциональные карбоксильные и карбонильные группы, что придает волокнам определенные ионообменные свойства. Себестоимость их производства значительно ниже гранулированных и зернистых сорбентов. Образцы волокон из термопластов в основном из смесевых композиций полипропилена (ПП) марок 21030-16 - 21060-16 и полистирола, а также из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), были получены на опытной установке с центро-бежно-аэродинамическим способом получения волокна.
В процессе получения волокна полимерный материал подвергался частичному окислению кислородом воздуха, что по данным ИК-спект-рометрии приводило к появлению в спектре полос поглощения, характерных для карбонильных, карбоксильных и гидроксильных функциональных групп в области 1600-1850 см1. Готовый продукт представляет собой волокна с диаметром от 0,1-10 мкм до 150-300 мкм. Цвет от светлосерого до темно-серого (при неокрашенном сырье). Насыпная плотность образца волокнистых материалов составляла 107-192 кг/м3 при пороз-ности 80,7-87,5 %.
Основными методами модификации волокнистых материалов на основе полиолефинов, которые весьма устойчивы к действию большинства
